10 indikator teknis anoda grafit untuk baterai lithium
Anoda grafit Bahan grafit dibagi menjadi grafit buatan dan grafit alami; grafit alami dan bahan anoda grafit buatan dicirikan oleh konduktivitas listrik yang tinggi, koefisien difusi ion litium yang besar, kapasitas litium yang tinggi dan potensi litium yang rendah.
Dibandingkan dengan jenis lain dari anoda baterai lithium ion bahan, grafit alami dan grafit buatan memiliki keunggulan komprehensif dalam hal kapasitas spesifik baterai, efisiensi pertama kali, masa pakai, keamanan, dll., dan bahan bakunya tersedia secara luas dan murah.
Indeks teknis bahan anoda grafit terutama mencakup luas permukaan spesifik, distribusi ukuran partikel, kepadatan getaran, kepadatan pemadatan, kepadatan sebenarnya, kapasitas spesifik pengisian / pengosongan pertama, efisiensi pertama, dan sebagainya. Selain itu, ada indikator elektrokimia seperti kinerja bersepeda, kinerja multiplisitas, pembengkakan dan sebagainya. Artikel ini secara khusus akan menjelaskan pengetahuan tentang sepuluh indikator teknis anoda grafit.
Daftar Isi
Luas permukaan spesifik anoda grafit
Mengacu pada luas permukaan per satuan massa yang dimiliki benda, semakin kecil partikelnya, semakin besar luas permukaan spesifiknya.
Anoda dengan partikel kecil dan luas permukaan spesifik yang tinggi memiliki lebih banyak saluran dan jalur yang lebih pendek untuk ion litium bermigrasi, sehingga kinerja multiplisitas lebih baik, tetapi karena area kontak yang besar dengan elektrolit, area untuk membentuk film SEI juga besar, dan efisiensi pertama kali akan lebih rendah.
Partikel besar, sebaliknya, memiliki keuntungan dari kepadatan pemadatan yang lebih besar. Luas permukaan spesifik bahan anoda grafit kurang dari 5m2 / g adalah tepat.
Distribusi ukuran partikel anoda grafit
Pengaruh ukuran partikel pada sifat elektrokimia dimanifestasikan dalam fakta bahwa ukuran partikel bahan anoda akan secara langsung mempengaruhi kerapatan getaran bahan serta luas permukaan spesifik bahan. Ukuran kerapatan getaran akan secara langsung mempengaruhi kerapatan energi curah material.
Dalam volume yang sama dari bagian pengisian, semakin besar ukuran partikel material, semakin luas distribusi partikel, semakin kecil viskositas bubur, semakin kondusif untuk meningkatkan konten padat dan mengurangi kesulitan pelapisan.
Selain itu, ketika distribusi ukuran partikel bahan anoda grafit lebar, partikel kecil dalam sistem dapat diisi di celah-celah partikel besar, yang membantu meningkatkan kepadatan pemadatan potongan kutub dan meningkatkan kepadatan energi volumetrik baterai.
Parameter karakteristik distribusi ukuran partikel dari bahan anoda grafit adalah D50, D10, D90 dan Dmax, di mana D50 mewakili nilai ukuran partikel yang sesuai dengan jumlah akumulasi 50% dalam kurva distribusi kumulatif ukuran partikel, yang dapat dianggap sebagai ukuran partikel rata-rata bahan.
Selain itu, lebar distribusi ukuran partikel material dapat dinyatakan dengan K90, K90 = (D90-D10) / D50, semakin besar K90, semakin luas distribusinya. Ukuran partikel bahan anoda grafit terutama ditentukan oleh metode preparasinya, dan persyaratan untuk parameter ukuran partikelnya dalam standar grafit adalah D50 (sekitar 20 μm), Dmax (≤70 μm) dan D10 (sekitar 10 μm).
Kepadatan getaran anoda grafit
Mengandalkan getaran membuat bubuk menyajikan bentuk tumpukan yang lebih kompak, massa per satuan volume diukur. Ini adalah indikator penting untuk mengukur bahan aktif, volume baterai lithium-ion terbatas, jika kerapatan getaran tinggi, massa bahan aktif per satuan volume tinggi, kapasitas volume tinggi.
Kepadatan anoda grafit yang dipadatkan
Terutama untuk potongan tiang, mengacu pada kerapatan bahan aktif anoda dan pengikat, dll. Yang dibuat menjadi potongan tiang, setelah digulung, kerapatan yang dipadatkan = kerapatan permukaan / (ketebalan potongan tiang setelah penggilingan dikurangi ketebalan foil tembaga).
Kepadatan yang dipadatkan berkaitan erat dengan kapasitas spesifik potongan tiang, efisiensi, resistansi internal, dan kinerja siklus baterai. Semakin tinggi kepadatan pemadatan, semakin banyak material aktif per satuan volume, semakin besar kapasitasnya.
Namun, pada saat yang sama, pori-pori akan berkurang, kinerja penyerapan elektrolit menjadi lebih buruk, keterbasahan berkurang, resistansi internal meningkat, dan ion litium sulit untuk disematkan dan dicabut, alih-alih tidak menguntungkan bagi peningkatan kapasitas. Faktor-faktor yang mempengaruhi kepadatan pemadatan: ukuran, distribusi, dan morfologi partikel berpengaruh.
Kepadatan sebenarnya dari anoda grafit
Berat bahan padat per satuan volume bahan anoda grafit dalam keadaan benar-benar padat (tidak termasuk rongga internal). Karena densitas sejati diukur dalam keadaan padat, maka akan lebih tinggi daripada densitas bergetar. Umumnya, densitas sejati > densitas yang dipadatkan > densitas yang digetarkan.
Kapasitas spesifik pengisian/pengosongan pertama
Selama proses pengisian pertama baterai lithium-ion, dengan penyematan ion lithium pada permukaan bahan anoda grafit, molekul pelarut dalam elektrolit disematkan bersama, dan film pasivasi SEI dibentuk oleh dekomposisi pada permukaan bahan anoda grafit. Hanya setelah permukaan anoda grafit benar-benar tertutup oleh film SEI, molekul pelarut tidak dapat disematkan, dan reaksi dihentikan.
Pembuatan film SEI mengkonsumsi sebagian ion litium, yang tidak dapat dilepaskan dari permukaan anoda selama proses pelepasan, sehingga mengurangi kapasitas spesifik pelepasan pertama.
Efisiensi coulomb pertama
Indikator penting dari kinerja bahan anoda grafit adalah efisiensi pengisian/pengosongan pertama, juga dikenal sebagai efisiensi coulomb pertama. Selama proses pengisian dan pengosongan, beberapa ion litium terlepas dari elektroda positif dan tertanam di anoda, tetapi tidak dapat kembali ke elektroda positif untuk berpartisipasi dalam siklus pengisian dan pengosongan, sehingga menghasilkan efisiensi coulomb pertama <100%.
Alasan mengapa bagian ion litium ini tidak dapat kembali ke elektroda positif: (1) adanya bagian litium tertanam yang tidak dapat dipulihkan, (2) pembentukan film SEI pada permukaan anoda, film SEI merupakan faktor penting yang mempengaruhi efisiensi Coulomb.
Karena film SEI sebagian besar terbentuk pada permukaan bahan elektroda, luas permukaan spesifik bahan elektroda secara langsung mempengaruhi area pembentukan film SEI, semakin besar luas permukaan spesifik, semakin besar area kontak dengan elektrolit, dan semakin besar area pembentukan film SEI.
Secara umum diyakini bahwa pembentukan film SEI yang stabil bermanfaat untuk pengisian dan pengosongan baterai, dan jenis film SEI yang tidak stabil tersebut merugikan reaksi, yang akan terus menerus mengkonsumsi elektrolit, menebalkan ketebalan film SEI, dan meningkatkan resistansi internal.
Performa bersepeda
Dalam hal kinerja siklus, film SEI akan memiliki hambatan tertentu terhadap difusi ion litium, dan dengan bertambahnya jumlah siklus, film SEI akan terus rontok, terkelupas, dan mengendap di permukaan anoda, yang mengakibatkan peningkatan secara bertahap pada resistansi internal anoda grafit, yang akan menyebabkan akumulasi panas dan kehilangan kapasitas.
Performa pembesaran anoda grafit
Difusi ion litium dalam bahan anoda grafit sangat terarah, yaitu hanya dapat dimasukkan tegak lurus ke permukaan ujung aspek sumbu C kristal grafit. Bahan anoda grafit dengan partikel kecil dan luas permukaan spesifik yang tinggi memiliki kinerja multiplisitas yang lebih baik. Selain itu, hambatan permukaan elektroda (yang disebabkan oleh film SEI) dan konduktivitas elektroda juga mempengaruhi kinerja multiplisitas.
Sama seperti siklus hidup dan ekspansi, anoda isotropik dengan banyak saluran transpor ion litium memecahkan masalah lebih sedikit pintu masuk untuk penyematan dan pelepasan serta laju difusi yang rendah dalam struktur anisotropik, yang juga berguna untuk pengisian dan pengosongan arus tinggi.
Properti ekspansi
Pemuaian dan siklus hidup berkorelasi positif. Setelah anoda grafit mengembang, (1) akan menyebabkan deformasi inti, retakan mikro pada partikel anoda, pecah dan reorganisasi film SEI, konsumsi elektrolit, dan penurunan kinerja siklus;
(2) pemisah baterai lithium akan terjepit, terutama di tepi sudut kanan lugs, yang lebih serius, dan sangat mudah menyebabkan hubungan arus pendek mikro atau presipitasi logam mikro-lithium dengan siklus pengisian dan pemakaian.
Jumlah pemuaian terkait dengan orientasi anoda grafit, orientasi = I004/I110, yang dapat dihitung dengan data XRD, bahan anoda grafit anisotropik cenderung memperluas kisi ke arah yang sama (arah sumbu C kristal grafit) selama proses penyematan litium, yang akan menyebabkan pemuaian volume baterai yang lebih besar.
Hai, saya Lucky, lulus dari universitas terkenal di China, sekarang terutama terlibat dalam pengeditan artikel tentang baterai sepeda motor lithium, dan stasiun penukaran baterai, saya berkomitmen untuk menawarkan layanan dan solusi tentang stasiun penukaran baterai untuk berbagai industri.
10 indikator teknis anoda grafit untuk baterai lithium
Anoda grafit Bahan grafit dibagi menjadi grafit buatan dan grafit alami; grafit alami dan bahan anoda grafit buatan dicirikan oleh konduktivitas listrik yang tinggi, koefisien difusi ion litium yang besar, kapasitas litium yang tinggi dan potensi litium yang rendah.
Dibandingkan dengan jenis lain dari anoda baterai lithium ion bahan, grafit alami dan grafit buatan memiliki keunggulan komprehensif dalam hal kapasitas spesifik baterai, efisiensi pertama kali, masa pakai, keamanan, dll., dan bahan bakunya tersedia secara luas dan murah.
Indeks teknis bahan anoda grafit terutama mencakup luas permukaan spesifik, distribusi ukuran partikel, kepadatan getaran, kepadatan pemadatan, kepadatan sebenarnya, kapasitas spesifik pengisian / pengosongan pertama, efisiensi pertama, dan sebagainya. Selain itu, ada indikator elektrokimia seperti kinerja bersepeda, kinerja multiplisitas, pembengkakan dan sebagainya. Artikel ini secara khusus akan menjelaskan pengetahuan tentang sepuluh indikator teknis anoda grafit.
Luas permukaan spesifik anoda grafit
Mengacu pada luas permukaan per satuan massa yang dimiliki benda, semakin kecil partikelnya, semakin besar luas permukaan spesifiknya.
Anoda dengan partikel kecil dan luas permukaan spesifik yang tinggi memiliki lebih banyak saluran dan jalur yang lebih pendek untuk ion litium bermigrasi, sehingga kinerja multiplisitas lebih baik, tetapi karena area kontak yang besar dengan elektrolit, area untuk membentuk film SEI juga besar, dan efisiensi pertama kali akan lebih rendah.
Partikel besar, sebaliknya, memiliki keuntungan dari kepadatan pemadatan yang lebih besar. Luas permukaan spesifik bahan anoda grafit kurang dari 5m2 / g adalah tepat.
Distribusi ukuran partikel anoda grafit
Pengaruh ukuran partikel pada sifat elektrokimia dimanifestasikan dalam fakta bahwa ukuran partikel bahan anoda akan secara langsung mempengaruhi kerapatan getaran bahan serta luas permukaan spesifik bahan. Ukuran kerapatan getaran akan secara langsung mempengaruhi kerapatan energi curah material.
Dalam volume yang sama dari bagian pengisian, semakin besar ukuran partikel material, semakin luas distribusi partikel, semakin kecil viskositas bubur, semakin kondusif untuk meningkatkan konten padat dan mengurangi kesulitan pelapisan.
Selain itu, ketika distribusi ukuran partikel bahan anoda grafit lebar, partikel kecil dalam sistem dapat diisi di celah-celah partikel besar, yang membantu meningkatkan kepadatan pemadatan potongan kutub dan meningkatkan kepadatan energi volumetrik baterai.
Parameter karakteristik distribusi ukuran partikel dari bahan anoda grafit adalah D50, D10, D90 dan Dmax, di mana D50 mewakili nilai ukuran partikel yang sesuai dengan jumlah akumulasi 50% dalam kurva distribusi kumulatif ukuran partikel, yang dapat dianggap sebagai ukuran partikel rata-rata bahan.
Selain itu, lebar distribusi ukuran partikel material dapat dinyatakan dengan K90, K90 = (D90-D10) / D50, semakin besar K90, semakin luas distribusinya. Ukuran partikel bahan anoda grafit terutama ditentukan oleh metode preparasinya, dan persyaratan untuk parameter ukuran partikelnya dalam standar grafit adalah D50 (sekitar 20 μm), Dmax (≤70 μm) dan D10 (sekitar 10 μm).
Kepadatan getaran anoda grafit
Mengandalkan getaran membuat bubuk menyajikan bentuk tumpukan yang lebih kompak, massa per satuan volume diukur. Ini adalah indikator penting untuk mengukur bahan aktif, volume baterai lithium-ion terbatas, jika kerapatan getaran tinggi, massa bahan aktif per satuan volume tinggi, kapasitas volume tinggi.
Kepadatan anoda grafit yang dipadatkan
Terutama untuk potongan tiang, mengacu pada kerapatan bahan aktif anoda dan pengikat, dll. Yang dibuat menjadi potongan tiang, setelah digulung, kerapatan yang dipadatkan = kerapatan permukaan / (ketebalan potongan tiang setelah penggilingan dikurangi ketebalan foil tembaga).
Kepadatan yang dipadatkan berkaitan erat dengan kapasitas spesifik potongan tiang, efisiensi, resistansi internal, dan kinerja siklus baterai. Semakin tinggi kepadatan pemadatan, semakin banyak material aktif per satuan volume, semakin besar kapasitasnya.
Namun, pada saat yang sama, pori-pori akan berkurang, kinerja penyerapan elektrolit menjadi lebih buruk, keterbasahan berkurang, resistansi internal meningkat, dan ion litium sulit untuk disematkan dan dicabut, alih-alih tidak menguntungkan bagi peningkatan kapasitas. Faktor-faktor yang mempengaruhi kepadatan pemadatan: ukuran, distribusi, dan morfologi partikel berpengaruh.
Kepadatan sebenarnya dari anoda grafit
Berat bahan padat per satuan volume bahan anoda grafit dalam keadaan benar-benar padat (tidak termasuk rongga internal). Karena densitas sejati diukur dalam keadaan padat, maka akan lebih tinggi daripada densitas bergetar. Umumnya, densitas sejati > densitas yang dipadatkan > densitas yang digetarkan.
Kapasitas spesifik pengisian/pengosongan pertama
Selama proses pengisian pertama baterai lithium-ion, dengan penyematan ion lithium pada permukaan bahan anoda grafit, molekul pelarut dalam elektrolit disematkan bersama, dan film pasivasi SEI dibentuk oleh dekomposisi pada permukaan bahan anoda grafit. Hanya setelah permukaan anoda grafit benar-benar tertutup oleh film SEI, molekul pelarut tidak dapat disematkan, dan reaksi dihentikan.
Pembuatan film SEI mengkonsumsi sebagian ion litium, yang tidak dapat dilepaskan dari permukaan anoda selama proses pelepasan, sehingga mengurangi kapasitas spesifik pelepasan pertama.
Efisiensi coulomb pertama
Indikator penting dari kinerja bahan anoda grafit adalah efisiensi pengisian/pengosongan pertama, juga dikenal sebagai efisiensi coulomb pertama. Selama proses pengisian dan pengosongan, beberapa ion litium terlepas dari elektroda positif dan tertanam di anoda, tetapi tidak dapat kembali ke elektroda positif untuk berpartisipasi dalam siklus pengisian dan pengosongan, sehingga menghasilkan efisiensi coulomb pertama <100%.
Alasan mengapa bagian ion litium ini tidak dapat kembali ke elektroda positif: (1) adanya bagian litium tertanam yang tidak dapat dipulihkan, (2) pembentukan film SEI pada permukaan anoda, film SEI merupakan faktor penting yang mempengaruhi efisiensi Coulomb.
Karena film SEI sebagian besar terbentuk pada permukaan bahan elektroda, luas permukaan spesifik bahan elektroda secara langsung mempengaruhi area pembentukan film SEI, semakin besar luas permukaan spesifik, semakin besar area kontak dengan elektrolit, dan semakin besar area pembentukan film SEI.
Secara umum diyakini bahwa pembentukan film SEI yang stabil bermanfaat untuk pengisian dan pengosongan baterai, dan jenis film SEI yang tidak stabil tersebut merugikan reaksi, yang akan terus menerus mengkonsumsi elektrolit, menebalkan ketebalan film SEI, dan meningkatkan resistansi internal.
Performa bersepeda
Dalam hal kinerja siklus, film SEI akan memiliki hambatan tertentu terhadap difusi ion litium, dan dengan bertambahnya jumlah siklus, film SEI akan terus rontok, terkelupas, dan mengendap di permukaan anoda, yang mengakibatkan peningkatan secara bertahap pada resistansi internal anoda grafit, yang akan menyebabkan akumulasi panas dan kehilangan kapasitas.
Performa pembesaran anoda grafit
Difusi ion litium dalam bahan anoda grafit sangat terarah, yaitu hanya dapat dimasukkan tegak lurus ke permukaan ujung aspek sumbu C kristal grafit. Bahan anoda grafit dengan partikel kecil dan luas permukaan spesifik yang tinggi memiliki kinerja multiplisitas yang lebih baik. Selain itu, hambatan permukaan elektroda (yang disebabkan oleh film SEI) dan konduktivitas elektroda juga mempengaruhi kinerja multiplisitas.
Sama seperti siklus hidup dan ekspansi, anoda isotropik dengan banyak saluran transpor ion litium memecahkan masalah lebih sedikit pintu masuk untuk penyematan dan pelepasan serta laju difusi yang rendah dalam struktur anisotropik, yang juga berguna untuk pengisian dan pengosongan arus tinggi.
Properti ekspansi
Pemuaian dan siklus hidup berkorelasi positif. Setelah anoda grafit mengembang, (1) akan menyebabkan deformasi inti, retakan mikro pada partikel anoda, pecah dan reorganisasi film SEI, konsumsi elektrolit, dan penurunan kinerja siklus;
(2) pemisah baterai lithium akan terjepit, terutama di tepi sudut kanan lugs, yang lebih serius, dan sangat mudah menyebabkan hubungan arus pendek mikro atau presipitasi logam mikro-lithium dengan siklus pengisian dan pemakaian.
Jumlah pemuaian terkait dengan orientasi anoda grafit, orientasi = I004/I110, yang dapat dihitung dengan data XRD, bahan anoda grafit anisotropik cenderung memperluas kisi ke arah yang sama (arah sumbu C kristal grafit) selama proses penyematan litium, yang akan menyebabkan pemuaian volume baterai yang lebih besar.
Artikel terkait tentang anoda ion lithium juga dapat dilihat anoda karbon keras, anoda berbasis silikon, 10 perusahaan bahan anoda berbasis silikon teratas.